發(fā)布時間：2018-01-07 07:16

  本文關(guān)鍵詞：多模光纖中基于受激布里淵散射的光束凈化效應(yīng)研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 受激布里淵散射 多模光纖 光束凈化 相位共軛

【摘要】：受激布里淵散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)在光纖領(lǐng)域的研究中一直處于十分重要的地位。一方面,人們渴望抑制光纖中的SBS效應(yīng)所帶來的各種不良影響;另一方面,科學(xué)家們又利用SBS特性進(jìn)行了有關(guān)光纖傳感、慢光和相位共軛等有利因素的研究并廣泛應(yīng)用于通信、建筑等諸多領(lǐng)域。此外,多模光纖的SBS研究中還發(fā)現(xiàn)過一種稱之為SBS光束凈化的特殊效應(yīng),它能將光束質(zhì)量惡劣的多模光束轉(zhuǎn)化成為良好光束質(zhì)量的基模光束。SBS光束凈化效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為多模光纖中光束質(zhì)量的改善提供了一條有利途徑,但這種效應(yīng)卻違背了人們對于SBS具有相位共軛特性的傳統(tǒng)認(rèn)識。自1993年SBS光束凈化效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來,國際上不少課題組都開展過相關(guān)研究,但至今仍沒有一套比較完整、合理的理論來解釋SBS光束凈化,甚至關(guān)于SBS光束凈化的發(fā)生條件及產(chǎn)生原因都還各執(zhí)一詞。本論文便針對多模光纖中的SBS光束凈化進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實驗研究,建立了一套較為完整的SBS光束凈化理論模型,合理解釋了SBS光束凈化的產(chǎn)生機制并明確提出了SBS光束凈化的發(fā)生條件,還實驗改善了之前泵浦轉(zhuǎn)化效率低下、輸出光束不穩(wěn)定等制約其應(yīng)用的關(guān)鍵性問題。首先,我們建立了適宜于分析多模光纖中模間SBS過程的三維SBS耦合波方程。該方程解決了傳統(tǒng)平面波近似的SBS耦合模型下因忽略模式橫向分布而無法分析不同模式間SBS差異的問題,同時使用彈性動力學(xué)理論建立聲子場方程,更正了傳統(tǒng)耦合波方程中的流體參數(shù)。根據(jù)三維SBS耦合波方程的形式解,我們指出了多模光纖與體介質(zhì)中SBS過程的區(qū)別并提出了使用 布里淵模間增益系數(shù)‖來分析不同模式間布里淵增益差別的方法。其次,我們通過對三維SBS耦合波方程進(jìn)行仿真分析給出了軸對稱型多模光纖中各模式間布里淵增益的分布曲線,理論預(yù)測了各種光纖參數(shù)對模間布里淵增益的影響。根據(jù)理論結(jié)果,我們明確提出了多模光纖中發(fā)生SBS相位共軛和光束凈化的物理機制和產(chǎn)生條件,揭示了SBS光束凈化的本質(zhì)并加以實驗佐證。最后,我們還根據(jù)理論指導(dǎo)利用大芯徑的折射率漸變光纖實驗實現(xiàn)了高質(zhì)量、高泵浦轉(zhuǎn)化效率的SBS光束凈化,改善了限制SBS光束凈化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),同時還研究了SBS光束凈化中影響泵浦轉(zhuǎn)化效率及輸出光束質(zhì)量的理論和實際因素,討論了SBS光束凈化的應(yīng)用前景。
[Abstract]:Stimulated Brillouin scattering (SBS) has been playing an important role in the field of optical fiber. People are eager to suppress all kinds of adverse effects caused by SBS effect in optical fiber. On the other hand, scientists have made use of the characteristics of SBS to study the advantages of optical fiber sensing, slow light and phase conjugation, and have been widely used in many fields, such as communication, architecture and so on. A special effect called SBS beam purification has also been found in the SBS study of multimode optical fiber. It can transform the bad multimode beam into a good beam quality. The discovery of the purifying effect of SBS beam provides a good way to improve the beam quality in multimode fiber. However, this effect is contrary to the traditional understanding that SBS has phase conjugation characteristics. Since the SBS beam purification effect was discovered in 1993, many international research groups have carried out related research. However, there is still no complete and reasonable theory to explain the SBS beam purification. Even about the conditions and causes of SBS beam purification, this paper makes a systematic theoretical and experimental study on SBS beam purification in multi-mode optical fiber. A complete theoretical model of SBS beam purification is established. The mechanism of SBS beam purification is explained reasonably and the conditions of SBS beam purification are put forward. The experiment also improves the key problems which restrict its application, such as the low efficiency of pump conversion and the instability of the output beam. We have established a three-dimensional SBS coupling wave equation suitable for analyzing the SBS process between modes in multimode optical fiber. This equation solves the problem that the traditional plane wave approximation SBS coupling model can not be analyzed because of neglecting the transverse distribution of the mode. The problem of SBS differences between different patterns. At the same time, the phonon field equation is established by using the theory of elastic dynamics, and the fluid parameters in the traditional coupled wave equation are corrected. According to the formal solution of the three-dimensional SBS coupled wave equation, the solution is obtained. We point out the difference of SBS process between multimode fiber and bulk medium and propose a method to analyze the difference of Brillouin gain between different modes by using the gain coefficient between Brillouin modes. The distribution curve of Brillouin gain in axisymmetric multimode fiber is obtained by simulating the three-dimensional SBS coupling wave equation. The influence of various optical fiber parameters on Brillouin gain is predicted theoretically. Based on the theoretical results, the physical mechanism and generation conditions of SBS phase conjugation and beam purification in multimode optical fiber are proposed. The essence of SBS beam purification is revealed and verified by experiments. Finally, we use the refractive index gradient optical fiber with large core diameter to achieve high quality. The SBS beam purification with high pump conversion efficiency improves the key technologies that limit the application of SBS beam purification. At the same time, the theoretical and practical factors affecting pump conversion efficiency and output beam quality in SBS beam purification are studied, and the application prospect of SBS beam purification is discussed.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN253

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 盧光山,胡巍,傅喜泉,鄧冬梅,郭弘;環(huán)形光束的聚焦性質(zhì)研究[J];光子學(xué)報;2003年02期

2 梅掌榮;趙道木;顧菊觀;;矢量可控空心光束的非傍軸傳輸[J];光學(xué)學(xué)報;2009年06期

3 鄧錫銘,方洪烈,林衛(wèi)平;計算光束衍射傳輸?shù)囊环N新方法[J];光學(xué)學(xué)報;1981年01期

4 鄧錫銘,林偉平,方洪烈;傍軸光束傳輸?shù)膭恿W(xué)分析[J];光學(xué)學(xué)報;1981年05期

5 程祖海,岳超瑜,李再光;氣動激光窗口的光束傳輸特性[J];中國激光;1987年03期

6 過巳吉,石順祥,關(guān)義春,安毓英;光致折射晶體中高速調(diào)制光束傳輸和放大的理論研究[J];光學(xué)學(xué)報;1990年04期

7 郭弘,鄧錫銘;穩(wěn)態(tài)光束傳輸?shù)膭恿W(xué)分析[J];物理學(xué)報;1995年04期

8 曹清,鄧錫銘;非傍軸光束的光束質(zhì)量因子．I特性分析[J];光學(xué)學(xué)報;1996年10期

9 黎昌金;呂百達(dá);;非傍軸矢量異�？招墓馐膫鬏斕匦訹J];強激光與粒子束;2008年12期

10 凌農(nóng);;非傍軸光束傳輸?shù)难芯糠椒╗J];宜賓學(xué)院學(xué)報;2008年12期

相關(guān)會議論文 前5條

1 葉一東;李建民;顏宏;王鋒;雒仲祥;;光束衍射傳輸?shù)臄?shù)值仿真方法[A];第十七屆全國激光學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

2 李陽月;蒲繼雄;;渦旋光束通過角向分布狹縫的干涉特性[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

3 馮博;甘雪濤;趙建林;;階梯相位型渦旋光束傳輸特性研究[A];2010年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2010年

4 錢勇;張宇;魏榮;王育竹;;單角錐準(zhǔn)直空心光勢阱的理論與實驗研究[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會2004年學(xué)術(shù)大會論文集[C];2004年

5 陸璇輝;陳和;趙承良;;渦旋光束和光學(xué)渦旋的研究[A];2007年先進(jìn)激光技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會論文集[C];2007年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 曲雙平;神奇的光束傳輸技術(shù)[N];電腦報;2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 盧芳;陣列光束在湍流大氣中的傳輸及目標(biāo)散射回波特性[D];西安電子科技大學(xué);2016年

2 高麒麟;多模光纖中基于受激布里淵散射的光束凈化效應(yīng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 徐騰;激光慣性約束核聚變中直接驅(qū)動方式光束排布優(yōu)化研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

4 董淵;雙半高斯空心光束的形成、傳輸及控制技術(shù)研究[D];長春理工大學(xué);2010年

5 董一鳴;部分相干柱偏振矢量光束的表征、傳輸及應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];蘇州大學(xué);2014年

6 段_";有限光束在平面微結(jié)構(gòu)中的共振傳輸[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2008年

7 姚e，

本文編號：1391524